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绪论 1

0.1材料与人类社会进步 1

0.1.1古代材料发展与人类社会进步 1

0.1.2近代材料发展与人类社会进步 2

0.2材料科学的形成与地位 3

0.2.1材料科学的形成 3

0.2.2材料科学的地位 4

0.3材料的分类与应用 5

0.3.1材料分类 5

0.3.2材料应用概况 6

0.4材料科学与工程的关系及作用 8

0.5课程内容与学习要求 9

第1章 固体材料的原子结构与结合键 11

1.1原子结构与材料性能 11

1.1.1原子结构 12

1.1.2元素周期表及性能的周期性变化 14

1.2原子结合键与材料性能 18

1.2.1原子结合键 19

1.2.2结合键的本质及原子间距 22

1.2.3结合键对材料性能的影响 23

1.3原子排列方式与材料性能 24

1.3.1原子排列的方式 25

1.3.2原子排列的研究方法 27

1.4晶体材料的组织与材料性能 29

1.4.1组织的显示与观察 29

1.4.2单相组织对材料性能的影响 30

1.4.3多相组织对材料性能的影响 31

1.5材料的稳态结构与亚稳态结构 31

习题 34

第2章 晶体学基础 35

2.1晶体结构和空间点阵 35

2.2布拉格点阵 36

2.3晶向指数和晶面指数 38

2.3.1晶向指数 39

2.3.2晶面指数 39

2.3.3六方晶系的晶向指数和晶面指数 42

2.4晶面间距和晶带定律 43

2.4.1晶面间距 43

2.4.2晶带定律 44

习题 44

第3章 材料的晶体结构 46

3.1金属的晶体结构 46

3.1.1纯金属的晶体结构 46

3.1.2晶体结构中的原子半径 53

3.2合金的相结构 55

3.2.1合金中的相 56

3.2.2固溶体 57

3.2.3中间相——金属间化合物 61

3.3离子晶体的结构 67

3.4共价晶体的结构 71

3.5高分子材料的结构 72

3.5.1高分子结构的基本概念 72

3.5.2高分子材料的结构 72

习题 76

第4章 晶体缺陷 79

4.1点缺陷 79

4.2位错 81

4.2.1位错的类型与密度 82

4.2.2柏氏矢量 84

4.2.3位错的运动 87

4.2.4位错的能量及相互作用 91

4.2.5位错的合成与分解 97

4.2.6位错的观察 98

4.2.7实际金属中的位错 100

4.3界面及表面 106

4.3.1晶界与亚晶界 106

4.3.2外表面 110

习题 111

第5章 材料中原子的扩散 113

5.1扩散定律 113

5.1.1扩散第一定律 113

5.1.2扩散第二定律 113

5.1.3扩散方程在生产中的应用举例 114

5.2扩散的微观机制 116

5.2.1扩散机制 116

5.2.2原子跳跃和扩散系数 118

5.2.3扩散激活能 120

5.2.4扩散驱动力 120

5.3影响扩散的因素 122

5.4反应扩散 124

5.4.1反应扩散的过程及特点 124

5.4.2反应扩散的实例 125

习题 126

第6章 材料的凝固 128

6.1材料凝固时晶核的形成 128

6.1.1液态结构 128

6.1.2均匀形核 129

6.1.3非均匀形核 131

6.1.4形核率 132

6.2材料凝固时晶体的长大 135

6.2.1生长条件 135

6.2.2宏观长大方式 136

6.2.3微观长大方式 137

6.3金属材料的凝固 141

6.3.1凝固过程 142

6.3.2凝固组织 152

6.4高分子材料的凝固 156

6.4.1高分子材料的熔体结构 157

6.4.2高分子材料的凝固过程 161

习题 163

第7章 相平衡与相图 164

7.1相平衡与相律 164

7.1.1相平衡 164

7.1.2自由度 164

7.1.3相律 165

7.2相图建立与杠杆定律 165

7.2.1相图的表示方法 165

7.2.2相图的建立 168

7.2.3杠杆定律和重心法则 169

7.3一元相图 171

7.3.1纯铁的相图 171

7.3.2水的相图 172

7.4二元相图 172

7.4.1匀晶相图及其合金的凝固 172

7.4.2共晶相图及其合金的结晶 174

7.4.3包晶相图及其合金的结晶 179

7.4.4其他类型的二元相图 180

7.4.5相图与性能的关系 183

7.4.6二元合金相图的应用举例 185

7.5三元相图 190

7.5.1三元匀晶相图 191

7.5.2三相平衡的三元系合金相图 193

7.5.3四相平衡的三元合金相图 196

7.5.4三元系合金相图的应用举例 201

习题 202

第8章 固态相变 205

8.1固态相变的分类与特征 205

8.1.1固态相变的分类 206

8.1.2固态相变的特征 208

8.2固态相变的形核与生长 210

8.2.1形核 211

8.2.2生长 214

8.3扩散型相变 217

8.3.1脱溶转变 218

8.3.2调幅分解 220

8.4无扩散型相变 223

8.4.1马氏体转变的特征 223

8.4.2马氏体的结构、形态与性能 225

习题 227

第9章 材料的变形与断裂 229

9.1金属材料的变形 229

9.1.1金属材料的弹性变形 229

9.1.2金属材料的塑性变形 230

9.1.3变形后的组织与性能 242

9.2冷塑变形金属的回复与再结晶 244

9.2.1冷变形金属的回复 247

9.2.2冷变形金属的再结晶 248

9.3金属材料的热变形 252

9.3.1热变形 252

9.3.2蠕变 252

9.3.3超塑性 257

9.4非金属材料的变形 257

9.4.1陶瓷材料的变形 258

9.4.2高分子材料的变形 259

9.4.3复合材料的变形 260

9.5材料的断裂 261

9.5.1材料断裂的类型 262

9.5.2理论断裂强度 263

9.5.3实际断裂强度 264

9.5.4影响断裂的因素 265

习题 265

第10章 固体材料的电子结构与物理性能 268

10.1固体的能带理论 268

10.1.1能带的形成 268

10.1.2能带结构与导电性 269

10.1.3费米能 270

10.2半导体 272

10.2.1本征半导体 272

10.2.2杂质半导体 274

10.2.3 PN结的形成 275

10.3材料的磁性 278

10.3.1原子的磁矩 278

10.3.2磁性的分类 280

10.3.3磁畴与磁化曲线 283

10.4材料的光学性能 286

10.4.1光学的吸收与传播 287

10.4.2材料的发光性能 290

10.5材料的热学性能 292

10.5.1晶格的热振动 293

10.5.2材料的热容 294

10.5.3材料的热膨胀 295

10.5.4材料的导热性能 296

10.6功能材料简介 297

10.6.1光学材料 298

10.6.2磁性材料 299

习题 302

附录 303

附表1元素的原子及离子半径 303

附表2元素的物理和化学数据 306

参考文献 311